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近年来随着激光器的发展,激光探测逐渐成为当今科技研究的热点。激光雷达作为激光探测一个热门方向,是人工智能和自动驾驶领域的核心。盖革模式激光雷达以其灵敏度高、像元电路简单易于集成等特点在实际系统应用中显示出强大的生命力。本文致力于研究激光雷达模拟信号读出电路,设计了一款基于盖革模式APD阵列型激光雷达探测器读出电路和一款应用于车载激光雷达探测器的TDC。本文首先对激光雷达的系统架构和工作原理进行描述,重点分析激光雷达前端接收部分,根据接收系统指标要求确定APD淬灭电路AQC、时间数字转换器TDC、译码电路等模块的参数以及电路实现方案,然后设计单通道像素的读出电路,根据阵列式对称特点对单通道电路进行改进和复用,完成像素电路阵列的布局。本文设计并流片了一款应用于激光雷达读出电路的高精度TDC,为实现动态范围大测量精度小的指标而采用分层量化的策略,为使其PVT特性好、转化时间短而采用DLL技术产生时钟。在本文中,高精度TDC电路分三层量化,在第一层电路设计中采用路径选择方法提出一种应用于高精度TDC的整数周期测量电路;在第二、三层电路中根据采样时钟时序特点结合独热码译码提出一种应用于高精度时间数字转换器TDC小数测量的采样译码电路;在多层结构之间信号处理中,根据信号时序特点提出一种皮秒级误差的信号提取电路。本文中电路由SMIC0.18μm标准CMOS工艺实现,使用Cadence和Modelsim工具对电路各个主要模块进行仿真,同时采用多个不同范围输入对系统进行功能验证,此外对本文中所设计的应用于激光雷达中的高精度TDC进行流片验证。本文中阵列式电路工作电压为1.8V、参考时钟为200MHz、阵列规模为5×5,仿真结果表明,在不同输入下系统功能正常,核心模块TDC能够实现小于660ps的测量精度,大于20μs的动态范围,对应的测量精度10cm探测范围为3km。此外对所设计的高精度TDC进行仿真,在200MHz时钟频率下,大范围2μs内输入系统能够正常工作,实现小于50ps测量精度,通过传输曲线可以看出TDC能够很好地实现功能,并具有良好的线性度、稳定性以及转换时间短的特点,为后续的车载激光雷达应用提供了良好的技术基础。